本申請涉及激光雷達，特別涉及一種全景掃描激光雷達裝置及制備方法。

背景技術：

1、目前自動駕駛車輛中常用的激光雷達系統(tǒng)主要包括旋轉式激光雷達和固態(tài)激光雷達兩大類。旋轉式激光雷達通過機械旋轉實現(xiàn)360度水平視場角（fov），但其存在機械運動部件，導致系統(tǒng)復雜、易損壞、成本高、體積大且功耗較高。盡管其能夠提供全方位的環(huán)境感知，但不利于車輛的長期可靠運行。

2、固態(tài)激光雷達則通過電子掃描實現(xiàn)環(huán)境感知，沒有機械運動部件，具有較高的可靠性和小型化的優(yōu)勢。然而，當前大多數(shù)固態(tài)激光雷達的掃描幅度有限，通常不超過120度，難以覆蓋360度視場。這意味著為了實現(xiàn)全方位的感知，自動駕駛車輛必須安裝多個激光雷達單元，這不僅增加了系統(tǒng)的復雜性和成本，還帶來了對準和校準的問題，影響了傳感器系統(tǒng)的整體性能和穩(wěn)定性。

3、此外，現(xiàn)有的固態(tài)激光雷達系統(tǒng)在高速度和高分辨率的情況下，往往存在功耗高和散熱難的問題，限制了其在小型化和高效能的自動駕駛系統(tǒng)中的應用。

4、綜上，現(xiàn)有技術主要存在以下不足之處：

5、1.旋轉式激光雷達系統(tǒng)復雜、成本高、體積大、功耗高，易損壞。

6、2.固態(tài)激光雷達系統(tǒng)掃描幅度有限，難以實現(xiàn)360度全方位感知。

7、3.為實現(xiàn)全方位感知，需安裝多個激光雷達單元，增加了系統(tǒng)復雜性和成本，并帶來了對準和校準的問題。

8、4.高速度高分辨率的固態(tài)激光雷達功耗高，散熱難，限制了其應用。

技術實現(xiàn)思路

1、本申請?zhí)峁┝艘环N全景掃描激光雷達裝置及制備方法，其優(yōu)點是所提供的全景掃描激光雷達裝置通過微多邊形掃描技術，實現(xiàn)了360度全方位掃描，有效地減少了激光雷達單元的數(shù)量，有利于簡化雷達系統(tǒng)架構。

2、本申請的技術方案如下：

3、一方面，本申請?zhí)峁┮环N全景掃描激光雷達裝置，包括鏡體和基座，所述鏡體可轉動的設置于基座上；

4、所述基座上設有驅動器，所述驅動器包括弧形靜電梳齒、彈簧及連接件，所述弧形靜電梳齒包括第一梳齒和第二梳齒，所述彈簧與第二梳齒連接，所述連接件一端連接第二梳齒，另一端連接所述鏡體；

5、所述驅動器用于在給定驅動信號的作用下驅動鏡體轉動。

6、進一步的，所述鏡體為金字塔形狀的多面體結構。

7、進一步的，所述基座上設有第一錨定件和第二錨定件，所述第一梳齒的一端連接于第一錨定件，所述彈簧的一端連接與第二錨定件。

8、進一步的，所述彈簧為v型懸臂梁構型，一端連接于第二錨定件，另一端連接于連接件，彈簧在鏡體轉動時產生形變。

9、進一步的，所述驅動器中包括四組弧形靜電梳齒、彈簧及連接件，等角度間隔設置于鏡體的周向位置。

10、進一步的，所述鏡體的底部設有轉鏡基座，連接件連接于轉鏡基座，且連接件與轉鏡基座相切。

11、又一方面，本申請?zhí)峁┮环N全景掃描激光雷達裝置的制備方法，用于制備如上所述的全景掃描激光雷達裝置，包括以下步驟：

12、s1：在第一絕緣層上硅片晶圓上，通過光刻、刻蝕制備出鏡體；

13、s11：第一絕緣層上硅片晶圓在支撐層通過光刻和濕法刻蝕獲得鏡體的金字塔形狀的多邊形面；

14、s12：在第一絕緣層上硅片晶圓的正面進行光刻和刻蝕獲得鏡體的轉鏡基座

15、s2：在第二絕緣層上硅片晶圓上，通過光刻、刻蝕制備出帶有驅動器的基座；

16、s21：在第二絕緣層上硅片晶圓的正面進行光刻和深腔刻蝕獲得基座上的驅動器結構；

17、s22：在第二絕緣層上硅片晶圓的背面進行光刻和深腔刻蝕去除多余材料獲得基座；

18、s3：將鏡體和基座進行鍵合。

19、又一方面，本申請?zhí)峁┮环N激光雷達，包括如上所述的全景掃描激光雷達裝置。

20、綜上所述，本申請的有益效果有：

21、1、全方位掃描能力：通過基于mems技術的微多邊形設計，本發(fā)明實現(xiàn)了360度水平視場角（fov）的全方位光束掃描，克服了傳統(tǒng)固態(tài)激光雷達系統(tǒng)掃描范圍受限的問題，避免了為實現(xiàn)全方位感知而需安裝多個激光雷達單元的復雜性和成本。

22、2、系統(tǒng)簡化與成本降低：傳統(tǒng)的多激光雷達配置增加了自動駕駛車輛傳感器系統(tǒng)的復雜性和成本。本發(fā)明通過單個微多邊形激光雷達實現(xiàn)全方位掃描，簡化了系統(tǒng)架構，顯著降低了安裝和維護成本。

23、3、高速度與高分辨率：本發(fā)明利用徑向梳狀驅動器實現(xiàn)微多邊形的高速旋轉，從而實現(xiàn)高速度的光束掃描。同時，微多邊形的設計使得在高分辨率下的光束掃描更加穩(wěn)定，有效提高了環(huán)境感知的實時性和準確性。

24、4、小型化與可靠性：本發(fā)明通過將多邊形設計微型化至半導體器件級別，使得激光雷達系統(tǒng)體積小、重量輕，適合安裝在空間有限的自動駕駛車輛上。mems技術的應用消除了機械運動部件，顯著提高了系統(tǒng)的可靠性和使用壽命。

25、5、批量生產與一致性：本發(fā)明采用兩片soi晶圓的制造流程，使得微多邊形能夠在晶圓級別實現(xiàn)量產。這不僅降低了制造成本，還保證了產品的一致性和質量控制，使得高性能激光雷達系統(tǒng)的普及成為可能。

26、6、能耗優(yōu)化與散熱改進：相比傳統(tǒng)的機械旋轉式激光雷達，本發(fā)明的微多邊形激光雷達系統(tǒng)通過mems技術實現(xiàn)高效能量利用，降低了系統(tǒng)的功耗。同時，微型化設計也有助于改進散熱性能，進一步提高了系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。

27、7、光學性能提升：微多邊形的單晶硅機械支撐結構和精密的制造工藝，保證了光束掃描過程中出色的光學性能，減少了對準困難和光學性能不穩(wěn)定的問題，提高了環(huán)境感知的準確性。

28、通過上述有益效果，本發(fā)明顯著提升了激光雷達系統(tǒng)在自動駕駛車輛中的應用性能，提供了一種高效、可靠、經濟的全方位環(huán)境感知解決方案，有利于推動自動駕駛技術的發(fā)展和普及。

技術特征：

1.一種全景掃描激光雷達裝置，其特征在于，包括鏡體和基座，所述鏡體可轉動的設置于基座上；

2.根據(jù)權利要求1所述的全景掃描激光雷達裝置，其特征在于，所述鏡體為金字塔形狀的多面體結構。

3.根據(jù)權利要求2所述的全景掃描激光雷達裝置，其特征在于，所述基座上設有第一錨定件和第二錨定件，所述第一梳齒的一端連接于第一錨定件，所述彈簧的一端連接與第二錨定件。

4.根據(jù)權利要求3所述的全景掃描激光雷達裝置，其特征在于，所述彈簧為v型懸臂梁構型，一端連接于第二錨定件，另一端連接于連接件，彈簧在鏡體轉動時產生形變。

5.根據(jù)權利要求4所述的全景掃描激光雷達裝置，其特征在于，所述驅動器中包括四組弧形靜電梳齒、彈簧及連接件，等角度間隔設置于鏡體的周向位置。

6.根據(jù)權利要求5所述的全景掃描激光雷達裝置，其特征在于，所述鏡體的底部設有轉鏡基座，連接件連接于轉鏡基座，且連接件與轉鏡基座相切。

7.一種全景掃描激光雷達裝置的制備方法，用于制備如權利要求6所述的全景掃描激光雷達裝置，其特征在于，包括以下步驟：

8.一種激光雷達，其特征在于，包括如權利要求1-6任意一項所述的全景掃描激光雷達裝置。

技術總結
本申請公開了一種全景掃描激光雷達裝置及制備方法，包括鏡體和基座，所述鏡體可轉動的設置于基座上；所述基座上設有驅動器，所述驅動器包括弧形靜電梳齒、彈簧及連接件，所述弧形靜電梳齒包括第一梳齒和第二梳齒，所述彈簧與第二梳齒連接，所述連接件一端連接第二梳齒，另一端連接所述鏡體；所述驅動器用于在給定驅動信號的作用下驅動鏡體轉動。本申請所提供的全景掃描激光雷達裝置通過微多邊形掃描技術，實現(xiàn)了360度全方位掃描，有效地減少了激光雷達單元的數(shù)量，有利于簡化雷達系統(tǒng)架構。

技術研發(fā)人員：蔣兆軍,曹冬美
受保護的技術使用者：無錫職業(yè)技術學院
技術研發(fā)日：
技術公布日：2025/1/6